高温条件下车内空气质量提升策略浅析

2021-10-23许明春胡隽隽姚其海安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心

安徽科技 2021年9期

文/洪丽许明春胡隽隽姚其海（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心）

高温环境下车内的有机挥发物会导致空气污染和异味，影响驾乘人员的身心健康。随着国内汽车市场的快速发展，汽车内部空气质量日益受到关注，越来越多的顾客在购买新车时，将车内空气质量作为重要的衡量标准之一。为保障乘用车内的空气质量，我国制定了《乘用车内空气质量评价指南》（GB/T 27630—2011）进行管控，各大汽车主机厂也在进行车内空气质量提升相关技术研究。中汽中心的调查[1]显示，大约有一半以上的车内空气质量问题发生在高温、曝晒、长时间密闭情况下。在高温密闭条件下，甲醛的散发量可以飙升至常温下的5～13 倍。高温下汽车内空气质量恶化，其原因一是高温条件下分子活化能增大，生产加工过程中吸附残存的聚合单体、助剂、溶剂等小分子物质的脱附析出导致散发量猛增；二是沸点较低的气味性化合物（醛、酮、酯、醇、烷烃类）扩散挥发速度与温度成正比，在高温条件下加速释放；三是配件材料在高温条件下降解、反应或挥发性有机物小分子析出。采用活性炭吸附或者是上车前的开门通风虽然可以降低车内有害气体的浓度，但是治标不治本。因此，需要有能够切实改善车内有机物散发的技术手段来保证座舱内部空气质量水平达到国家标准要求，保障驾乘人员的健康安全。经多次的调研和相关试验验证，本文提出几种切实可行的车内空气质量提升策略，并分析讨论了不同的技术策略适用的场合及其净化车内空气后的实际效果。

一、使用环保材料

汽车是一个相对密闭的空间，内饰配件的有机物挥发直接影响整车的车内空气质量。不同内饰材料的有机挥发物散发种类和含量不同，高温条件下除常见的“五苯三醛”，车内还能检出多种有机化合物，包括直链烷烃、支链烷烃、苯的同系物、环烷烃、酯类、醛类等，部分物质存在刺激性气味，影响整车气味。从材料本身的结构稳定性来看，某些材料在高温条件或使用工况中容易出现断链、降解等现象从而产生有机小分子化合物，应该尽量避免或者限制其使用。以备胎盖板为例，较早的车型采用PET针刺地毯+木纤维板材料，由于木纤维板是大量木屑及纤维成分通过脲醛胶热压而成，随着温度的升高和材料的老化，不可避免地会释放出大量的醛类和其他物质[2]，采用PP 蜂窝板来替代可以很好地规避高散发风险。表1是某款车型采用两种不同板材的备胎盖板挥发性有机物浓度对比测试数据。

表1 某车型备胎盖板材料改进前后挥发性有机物对比（单位：μg/m3）

由表中数据对比可知，采用更加环保的PP 蜂窝板作为原材料制备的配件，其甲醛和乙醛散发大幅度降低，从整改前的不符合企业标准要求到整改后的满足企标要求。因此，在满足材料成本与结构性能要求的前提下，使用绿色环保原材料或者通过加工、合成等技术手段控制有害的有机物散发和聚集是整车空气质量达标的重要手段。

二、配件通风搁置处理

研究表明，车内物小分子的散发是个持续的过程，且随着温度的升高，散发量呈指数级别升高。因此配件生产完成后不同的时间其残留的挥发性有机物也不同。表2列举了地毯和座椅的挥发性有机物随配件下线时间的变化情况。从表中的结果来看，从下线1 天到下线28 天挥发性有机物散发总体呈下降趋势，在配件下线后，确保一定的储藏及流转周期对挥发性有机物的散发有较显著的作用，且无需额外成本。

表2 地毯及座椅挥发性有机物随时间变化情况（单位：μg/m3)

从地毯和座椅的下线时间与有机物散发数据对比可以发现：下线时间超过14 天的地毯的二甲苯散发浓度下降了32%，甲醛散发浓度下降了35%，而从第14 天到第28 天有机物散发浓度的降幅明显变低，因此下线14 天是值得推荐的合理的流转仓储时间；同理座椅下线14 天以后的甲醛散发浓度下降了35%，丙烯醛散发浓度下降了58%，从第14 天到第28 天有机物散发浓度降幅明显降低很多，推荐储藏及流转周期为14 天。

三、配件加热通风处理

挥发性有机物的散发与温度有极大的相关性，特别是醛类物质。有数据表明，35 ℃时乙醛的散发速度是25 ℃时的6～12 倍，因此对配件进行适当的升温处理且保持通风，可以促进胶水等的固化，加速挥发性有机物的散发，减少出厂时残留[3]。“加热通风”处理适用于挥发性有机物高危部件，如包覆件、植绒件等，表3 是某车型副仪表板的扶手箱植绒件净化处理（500 L 袋子法，充气量50%，加热65 ℃2 h，通风72 h）后的对比验证数据。由数据可知，因植绒过程中使用大量的胶水，导致扶手箱植绒件的甲苯、乙苯和二甲苯的检测值较高。经过净化处理后，苯系物的检测值大幅降低（甲苯降低86%，乙苯降低89%），所以加热通风处理是较为有效的技术手段。

表3 加热通风对副仪表台挥发性有机物的影响（单位：μg/m3）

四、醛类消除剂

醛类消除剂，又叫除醛剂，是一类含有氨基的且具有较高反应活性的小分子化合物，主要针对含有羰基的VOC 化合物，如甲醛、乙醛、丙酮等，对整车醛类风险具有较好的改进作用。醛类消除剂主要是通过化学反应的方法消除甲醛、乙醛等物质，主要适用于地毯、顶棚、前围隔音垫、座椅等醛类物质散发较为严重的配件。表4 为除醛剂在内饰典型配件中验证的结果。从结果来看，采用除醛剂处理过的座椅和地毯，有机物散发均有一定程度下降，醛类物质下降明显，其中座椅甲醛散发值降低88%、乙醛降低39%，地毯甲醛降低90%、乙醛降低64%。由此可见对于整车或者配件醛类超标的整改案例中，应用除醛剂这种技术手段更为有效。

表4 除醛剂对配件挥发性有机物的影响（单位：μg/m3)

五、臭氧后处理

臭氧（O3）是氧气的同素异形体，它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。臭氧是一种强氧化剂，在常温下具有不稳定性，40 min 内会自动还原成氧气。臭氧对配件的净化主要从以下两个方面起作用。一是分解有机化合物气体，破坏原有化合物分子结构（碳氧双键基团）。其中，臭氧分解甲醛的效果特别明显。甲醛结构式中碳氧共价双链键的存在是甲醛具有毒性的关键，臭氧与甲醛发生化学反应时，臭氧的强氧化性能强制性夺取共价键中的电子，使其结构发生根本性变化，转化成对人体无害的水和二氧化碳。臭氧与苯反应，产物也是水和二氧化碳。二是除味除臭作用，臭氧是利用其氧化性分解有害气体和异味分子的，与物理吸附方式截然不同，对细菌、病毒、各类致敏物等有害物质也有杀灭的效果，同时无残留，无毒无害。表5 是某款车型采用臭氧处理后整车空气质量测试数据。从整车空气质量对比情况来看，臭氧处理能够有效降低车内苯、甲苯、甲醛的散发量，并且可以提升车辆的气味性等级，也是一种有效的空气质量的提升手段。

表5 臭氧处理对整车空气质量的影响（单位：μg/m3)

六、固体碱处理

利用固体碱的强氧化性，诱发羟基自由基（·OH）的原位再生，在无加热、无光照的情况下，使载体（多孔材料）表面的物理吸附的水缓慢地离子化水解，还会对化学吸附水（OH）进行非离子化（自由基型）水解，从而产生大量·OH 等活性自由基。该活性自由基氧化电位高，反应迅速，可以破坏微生物酶系统，氧化分解甲醛等有毒物质。当污染物经过固体碱表面时，自由基可将污染物氧化成水和二氧化碳，同时会激发微量二氧化氯，有效祛除有毒气体。表6 是某款车型采用固体碱处理后整车空气质量测试数据。固体碱主要利用多空吸附载体的氧化还原过程实现将挥发性有机污染物分解，同时也具有杀灭细菌和病毒的效果。从整车空气质量对比情况来看，固体碱处理能够有效降低车内苯、甲苯、甲醛、乙醛的散发量，并且可以提升车辆的气味性等级，也是一种有效的空气质量的提升手段。与臭氧处理相比较，固体碱处理的时间略长，但是净化的效果并不逊色。